Un convertidor en tubería (AD876) | Analog Devices

El AD876, un circuito convertidor A/D CMOS, utiliza técnicas de condensadores conmutados para combinar bajo coste y bajo consumo. La figura B1 muestra un diagrama de bloques conceptual del AD876. La entrada se muestrea en el extremo delantero mediante un circuito de muestreo y retención (S/H), que también proporciona la conversión de extremo único a diferencial para los circuitos A/D diferenciales. El rendimiento dinámico global del dispositivo y el ruido de banda ancha se establecen en la etapa S/H. La conversión, realizada por una tubería de 4 etapas, se itera a través de varios sub-bloques que refinan la conversión con una resolución creciente pasando los residuos de una etapa a la siguiente.

Cada etapa realiza una conversión A/D flash, convierte el resultado de nuevo en analógico (D/A), lo resta de su entrada, amplifica y almacena la diferencia para la siguiente etapa. Los resultados digitales se combinan mediante una lógica de corrección; y los datos se convierten a la velocidad del reloj (pero la salida en un momento determinado tiene una latencia de 3,5 ciclos de reloj (es decir, representa un valor de entrada anterior de 3,5 ciclos).

Después de cada paso de conversión A/D, el convertidor D/A y otras funciones analógicas se implementan en un circuito de condensadores conmutados compacto y eficiente. Las funciones de este circuito, esencialmente un convertidor D/A multiplicador (MDAC), se muestran en los bloques punteados de la Figura B1. Si observamos más detenidamente el circuito MDAC, la figura B2 ilustra su funcionamiento básico. Cuando el RELOJ está bajo, la tensión de entrada, V_ENse muestrea en un conjunto de condensadores unitarios de tamaño idéntico (ganancia del amplificador = 1). Cuando el RELOJ pasa a nivel alto, se conecta un condensador de realimentación alrededor del amplificador. La carga de todos los condensadores de la red de entrada se transfiere al condensador de realimentación, lo que da lugar a una ganancia de tensión que es la relación entre el número de condensadores de la red de entrada y el condensador de realimentación. Al mismo tiempo, los condensadores de la red de entrada se conmutan a la referencia positiva o negativa (según los resultados digitales de la conversión A/D), por lo que su suma se resta de la V_EN suma, dejando un residuo amplificado a la salida del amplificador, que sirve de entrada a la siguiente etapa. Así, la ganancia, la D/A, la diferenciación y la S/H se han combinado en un solo bloque.

Al igual que en el MDAC, la entrada S/H se implementa como un circuito de condensadores conmutados, como se muestra (en modo monopolar para simplificar) en la Figura B3. Cuando CLOCK está bajo, el condensador de retención está conectado a la entrada y se carga hasta la tensión de entrada mediante un controlador de entrada (normalmente un amplificador operacional como el AD8011). Cuando CLOCK se pone en alto, el condensador se desconecta de la entrada y se dirige a la salida del amplificador. Como el nodo que se conecta a la entrada del amplificador óptico está ahora flotando, no puede escapar ninguna carga y se mantiene la tensión de entrada. Cuando CLOCK vuelve a ser bajo, el enchufe se vuelve a conectar a la entrada. Si hay una diferencia entre la tensión ya almacenada en el condensador de retención y la tensión en la entrada del AD876, el condensador se carga hasta el nuevo valor (después de un pico transitorio que el amplificador operacional tiene que manejar, como se describe en Aplicaciones).

Las entradas de referencia se conmutan del mismo modo que las entradas. Hay que tener cuidado de minimizar los transitorios en el circuito de referencia, por ejemplo, utilizando condensadores externos para originar o absorber las corrientes de referencia transitorias. Ten en cuenta también que el rango de entrada diferencial del AD876 (después del S/H) se extiende en realidad entre dos referencias, la inferior (o "negativa") y la superior (o "positiva"), para adaptarse a los sistemas de alimentación de +5 V.